JP6905375B2 - 水蒸気処理方法および水蒸気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、めっき鋼板等の被処理物に水蒸気処理を行う水蒸気処理方法および水蒸気処理装置に関する。

建築物の屋根材や外装材、家電製品、自動車などの分野では、意匠性などの観点から黒色の外観を有する鋼板のニーズが高まっている。鋼板の表面を黒色化する方法としては、鋼板の表面に黒色塗料を塗布して黒色塗膜を形成する方法があるが、黒色塗膜を形成せずに、めっき鋼板の金属光沢および銀白色の色調を遮蔽して、めっき層そのものを酸化させて黒色化する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を、水蒸気処理装置の密閉容器内で水蒸気と接触させて、黒色化した酸化皮膜を溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層に形成させる方法が記載されている。

また、特許文献２には、鋼板の表面に水蒸気を接触させることにより、鋼板の表面に酸化被膜を形成する熱処理炉の一例が記載されている。特許文献２に記載の熱処理炉は、鋼板を収容する容器と、この容器を加熱するガスバーナと、上記容器内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備えている。この熱処理炉は、容器内に鋼板が装入された状態で、ガスバーナにより容器を加熱し、この加熱処理により容器内の雰囲気ガスを加熱してこの雰囲気ガスを介して鋼板を所定温度まで加熱し、さらに容器内に水蒸気を供給することにより、鋼板の表面に酸化被膜を形成している。

特許第５３３５１５９号公報 特開２０１２−１３２０６１号公報

特許文献２に記載の熱処理炉は、鋼板のブルーイング処理に用いられているが、鋼板に水蒸気を接触させるものであることから、本発明者らは、当該熱処理炉をめっき鋼板の水蒸気処理装置に転用することを考えた。

しかしながら、ガスバーナは低出力域における出力の制御が難しく、しかも、鋼板の黒色化処理ではブルーイング処理と比べて低い温度域で鋼板を加熱する必要があることから、特許文献２の熱処理炉を転用してめっき鋼板の黒色化処理を適切に行うことは容易ではない。

そこで、本願発明では、ガスバーナを用いる場合と比べて鋼板等の被処理物を良好に水蒸気処理（黒色化処理を含む）することができる水蒸気処理方法および水蒸気処理装置を提供することを目的とする。

（１）被処理物を密閉容器内で水蒸気と接触させる水蒸気処理方法であって、前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第１電気ヒータが配置された第１電気ヒータ群と、前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第２電気ヒータが前記第１電気ヒータと交互に配置された第２電気ヒータ群と、を少なくとも有し、前記第１電気ヒータ群と前記第２電気ヒータ群とを互いに独立して制御できるように構成された加熱装置を備え、被処理物が内部に配置された前記密閉容器内の雰囲気ガスを前記加熱装置により加熱し、加熱された雰囲気ガスを前記被処理物に接触させることにより、当該被処理物を加熱する被処理物加熱工程と、前記被処理物加熱工程の後に、前記密閉容器内に水蒸気を導入し、当該水蒸気と、前記被処理物とを接触させる水蒸気処理工程と、を備えることを特徴とする、水蒸気処理方法。

（２）前記加熱装置は、前記第１電気ヒータ群および前記第２電気ヒータ群よりも内側に複数の第３電気ヒータが配置された第３電気ヒータ群をさらに有することを特徴とする、（１）に記載の、水蒸気処理方法。

（３）前記被処理物加熱工程において、前記雰囲気ガスを前記密閉容器内で攪拌しつつ対流させることを特徴とする、（１）または（２）に記載の、水蒸気処理方法。

（４）前記被処理物加熱工程において、前記加熱装置に加えて、さらに前記密閉容器の壁面に設けられた加熱手段により前記密閉容器を加熱することを特徴とする、（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の、水蒸気処理方法。

（５）前記被処理物加熱工程における雰囲気ガスは、大気よりも露点が低いガスであることを特徴とする、（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の、水蒸気処理方法。

（６）前記被処理物加熱工程における雰囲気ガスは、大気よりも酸素濃度が低いガス、または、窒素であることを特徴とする、（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の、水蒸気処理方法。

（７）被処理物を密閉容器内で水蒸気と接触させる水蒸気処理装置であって、被処理物を密閉容器内で水蒸気と接触させる水蒸気処理装置であって、前記被処理物を内部に配置可能な密閉容器と、前記密閉容器内の雰囲気ガスを加熱することにより、当該雰囲気ガスを介して前記被処理物を加熱する加熱装置と、前記密閉容器内に水蒸気を導入する水蒸気導入手段と、を備え、前記加熱装置は、前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第１電気ヒータが配置された第１電気ヒータ群と、前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第２電気ヒータが前記第１電気ヒータと交互に配置された第２電気ヒータ群と、を少なくとも有し、前記第１電気ヒータ群と前記第２電気ヒータ群とを互いに独立して制御できるように構成されてなることを特徴とする、水蒸気処理装置。

本発明における被処理物には、水蒸気と接触することにより水蒸気と化学的に反応可能な物が含まれ、例えば、めっき処理された鋼材、めっき処理されていない鋼材が含まれる。それらの鋼材には、鋼板、非板状の鋼材などが含まれる。

上記（１）、（７）の構成によれば、密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第１電気ヒータが配置された第１電気ヒータ群と、密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第２電気ヒータが前記第１電気ヒータと交互に配置された第２電気ヒータ群とを互いに独立して制御できるように構成された加熱装置により密閉容器内の雰囲気ガスが加熱され、その加熱された雰囲気ガスが被処理物に接触することにより、被処理物が加熱される（被処理物加熱工程）。そして、その加熱された被処理物に水蒸気が接触することにより、水蒸気処理がなされる（水蒸気処理工程）。本構成では、被処理物を加熱するに際し、雰囲気ガスを電気ヒータによって加熱するので、雰囲気ガスとの接触によって被処理物が水蒸気処理の種類（例えば黒色化処理）に応じて当該処理に適した温度となるように、雰囲気ガスを適切に加熱することができる。詳しく説明すると、電気ヒータは、抵抗線に流す電流を制御するだけで低出力状態から高出力状態まで発熱量を細かく設定できるものであるため、出力を絞ると失火（火が消える）する虞のあるガスバーナと比べて、出力を絞った状態（低出力状態）であっても、その出力を適切に制御することができ、被処理物が例えば黒色化処理に適した温度となるように、雰囲気ガスを適切に加熱することができる。したがって、ガスバーナを用いる場合と比べて、被処理物を良好に黒色化することができる。しかも、電気ヒータは、ガスバーナのように燃料を燃焼させるものではないため、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を防止することができ、ガスバーナを用いる場合よりも環境に配慮することができる。

上記（２）の構成によれば、密閉容器内に配置された被処理物の大きさ、質量、および形状に応じて、稼動する電気ヒータを選択制御することが可能となり、これにより、密閉容器内の雰囲気ガスを均一に加熱して、その雰囲気ガスにより被処理物を均一に加熱し、その結果、被処理物を短時間のうちに効率よく、しかも均一に加熱することができる。

上記（３）の構成によれば、雰囲気ガスを撹拌しつつ対流させることにより、加熱された雰囲気ガスを被処理物の表面全体に行き渡らせることができるため、被処理物を効率よく短時間でムラ無く加熱することができ、しかも、被処理物の均一な加熱を行うことができる。

上記（４）の構成によれば、密閉容器を加熱するので、電気ヒータにより加熱された雰囲気ガスが密閉容器に接触して雰囲気ガスの温度が低下するのを防止することができ、これにより被処理物を均一に加熱することができるとともに、電気ヒータによって加熱された雰囲気ガスが密閉容器に接触することで、雰囲気ガスをさらに加熱することができるので、被処理物が水蒸気処理（例えば黒色化処理）に適した温度になるまでの時間を短縮することができる。

上記（５）の構成によれば、雰囲気ガスが大気よりも露点が低いガスであるので、被処理物加熱工程および水蒸気処理工程において、被処理物の表面に結露が生じるのをより良好に防止することができる。

上記（６）の構成によれば、雰囲気ガスが大気よりも酸素濃度が低いガス、または、窒素であるので、被処理物の水蒸気処理をより良好に行うことができる。詳しく説明すると、水蒸気処理（例えば黒色化処理）を行う際に雰囲気中に酸素が多く存在すると、十分に水蒸気反応（例えば黒色化）することが難しくなる。これは、酸素を多く含む雰囲気で水蒸気を被処理物に接触させた場合には、所定の色（例えば黒色）を呈する酸素欠乏型の酸化物の形成が抑制されるためと推察される。本構成では、雰囲気ガスが大気よりも酸素濃度が低いガス、または、窒素であるので、このような不都合が生じるのを防止することができる。

本願発明によれば、ガスバーナを用いる場合と比べてめっき鋼板等の被処理物を良好に水蒸気処理（黒色化処理を含む）することができる水蒸気処理方法およびその装置を提供することができる。

本願発明に係る黒色めっき鋼板を製造する方法のフローチャートである。 本願発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置の模式図である。 本発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置におけるシースヒータの配置を示す平面図である。 本発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置におけるシースヒータの配置を示す断面図である。 本発明に係る黒色めっき鋼板を製造する装置の制御系を示す図である。

以下、本発明に係る水蒸気処理製品の製造方法を黒色めっき鋼板の製造方法に適用する場合について説明するとともに、その製造方法を実現可能な黒色めっき鋼板の製造装置について説明する。

なお、この明細書では、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を、単に「めっき鋼板」とも言うことがある。また、溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板の溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層を、単に「めっき層」ということがある。また、「雰囲気ガス」とは、密閉容器の内部に存在するガスを意味し、本願明細書に記載された大気、水蒸気、窒素ガスなどの総称である。また、この明細書における「ｋＰａ」は、絶対圧での圧力を意味する。

［黒色めっき鋼板を製造する方法］
黒色めっき鋼板の製造方法は、ＡｌおよびＭｇを含有する溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板１（図２参照。以下、「めっき鋼板１」と称する）を密閉容器１０の内部で水蒸気に接触させて黒色めっき鋼板を製造する方法である。

本願発明の方法は、図１のフローチャートに示されているように、密閉容器の内部に溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき鋼板を配置した（積み込んだ）後、このめっき鋼板を加熱する第１工程（Ｓ１１０）と、密閉容器の内部の雰囲気ガスを排気して、密閉容器内部の気体圧力を７０ｋＰａ以下にする第２工程（Ｓ１２０）と、密閉容器の内部に水蒸気を導入して所定の圧力の下、めっき層を黒色化する第３工程（Ｓ１３０）と、第３工程（Ｓ１３０）の後に密閉容器の内部の圧力をいったん大気圧に戻した後に、密閉容器内部の気体圧力を再び７０ｋＰａ以下にする第４工程（Ｓ１４０）と、密閉容器内部のめっき鋼板を冷却する第５工程（Ｓ１５０）とが、この順番で行われる。なお、雰囲気ガスとは、密閉容器の内部に存在するガスを意味し、本願明細書に記載された大気、水蒸気、水素を含有する水蒸気、窒素ガスなどの総称である。第１工程（Ｓ１１０）は本発明の「被処理物加熱工程」に含まれ、第３工程（Ｓ１３０）は本発明の「水蒸気処理工程」に含まれる。また、以下の説明では、後述の加熱装置２４、温度調整機構２０、２１、撹拌装置７０、各弁３２、４２、５２、排気ポンプ（図示せず）等は、制御部９０（図５参照）からの制御信号によってそれぞれの動作が制御されるものとする。

以下、各工程についてより詳しく説明する。

（第１工程）
第１工程（Ｓ１１０）では、密閉容器１０の内部に配置しためっき鋼板１を加熱する。

めっき鋼板１は、基材鋼板と、基材鋼板の表面に形成された溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層とを有する。

基材鋼板の種類は特に限定されないが、例えば、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼、および合金鋼などからなる鋼板を使用することができる。良好なプレス成形性が必要とされる場合は、低炭素Ｔｉ添加鋼および低炭素Ｎｂ添加鋼などの深絞り用鋼板が基材鋼板として好ましい。また、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｎなどを添加した高強度鋼板を用いてもよい。

溶融Ａｌ、Ｍｇ含有Ｚｎめっき層は、水蒸気との接触により黒色化する組成を有していればよい。例えば、Ａｌが０．１質量％以上６０質量％以下、Ｍｇが０．０１質量％以上１０質量％以下、Ｚｎが残部の組成を有するめっき層は、水蒸気との接触によって好適に黒色化することができる。

めっき鋼板１の形状は、黒色化すべき領域のめっき層が水蒸気と接触することができるのであれば、特に限定されない。例えば、めっき鋼板１の形状は、めっき層が平坦な形状（例えば、平板状）でもよいし、屈曲した形状（例えば、コイル状）であってもよい。

また、第１工程（Ｓ１１０）において、めっき鋼板１は、露点が常にめっき鋼板温度未満であるガス（低水蒸気ガス）の存在下で加熱される。つまり、密閉容器１０の内部に存在する雰囲気ガスは低水蒸気ガスである。めっき鋼板１の加熱作業を容易にする観点から、低水蒸気ガスは大気であってもよいが、めっき鋼板１の黒色化が可能な限りにおいて、窒素などの不活性ガスに置換してもよい。その他、大気よりも低露点の雰囲気に置換してもよい。なお、低水蒸気ガスは、密閉容器１０に接続されたガス導入部５０（図２参照）から密閉容器１０内へ導入することができる。

第１工程（Ｓ１１０）におけるめっき鋼板１の加熱は、めっき層の表面温度が水蒸気との接触によってめっき層が黒色化される温度（以下、「黒色処理温度」ともいう。）に達するまで行われる。例えば、密閉容器１０内に設置しためっき鋼板１の表面温度を温度計測部６０（図２参照）で測定しながら黒色処理温度に達するまで加熱を行うようにするとよい。

黒色処理温度は、めっき層の組成（例えば、めっき層中のＡｌおよびＭｇの含有量）もしくは厚み、または必要とする明度などに応じて任意に設定することができる。

めっき鋼板１の加熱方法では、めっき層の表面を黒色処理温度にすることができる電気ヒータ２４が用いられる。図３に示される例では、電気ヒータ２４は、複数のシースヒータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃを備えている。本実施形態では、めっき鋼板１を加熱するに際し、雰囲気ガスを電気ヒータ２４によって加熱する。具体的には、電気ヒータ２４は、加熱された雰囲気ガスとの接触によってめっき鋼板１が水蒸気処理の種類（例えば黒色化処理）に応じて当該処理に適した温度となるように、雰囲気ガスを適切に加熱する。詳しく説明すると、電気ヒータ２４は、抵抗線に流す電流を制御するだけで低出力状態から高出力状態まで発熱量を細かく設定できるものであるため、出力を絞ると失火（火が消える）する虞のあるガスバーナと比べて、出力を絞った状態（低出力状態）であっても、その出力を適切に制御することができ、めっき鋼板１が黒色化処理に適した温度となるように、雰囲気ガスを適切に加熱することができる。電気ヒータ２４の詳細については後述する。

なお、密閉容器内の雰囲気ガスを加熱する際に、密閉容器１０内に設けた循環ファン７１などの撹拌装置７０で雰囲気ガスを撹拌すると、効率よく短時間でムラ無く、めっき鋼板１を加熱することが可能である。

シースヒータ２４は、密閉容器１０内の雰囲気ガスを加熱してめっき鋼板１を加熱する。図２に示される例では、加熱装置２４による加熱に加えて、密閉容器１０の外壁面に設けられた温度調整機構２０、２１により、密閉容器１０内の温度調整を行ってめっき鋼板１を加熱する。温度調整機構２０、２１により密閉容器１０内の温度調整を行うことで、シースヒータ２４の選択制御による上記の効果と相まって、めっき鋼板１の加熱時間のより一層の短縮化を図りつつ、めっき鋼板１の均一な黒色化をより確実に行うことができる。

なお、密閉容器内の雰囲気ガスを加熱または冷却する際に、密閉容器１０内に設けた循環ファン７１などの撹拌装置７０で密閉容器１０内の雰囲気ガスを撹拌しつつ対流させると、さらに効率よく短時間でムラ無く加熱または冷却することができ、しかも、めっき鋼板１を均一に加熱または冷却することが可能である。特に、めっき鋼板１を加熱する工程では、シースヒータ２４の制御による効果と、温度調整機構２０、２１による効果との相乗効果によって、めっき鋼板１の加熱時間をより一層短縮できるとともに、めっき鋼板１全体を均一に加熱できることから、めっき鋼板１の均一な黒色化をより一層確実に行うことができる。

（第２工程）
第２工程（Ｓ１２０）では、密閉容器１０内の雰囲気ガスを、排気配管３１を通じて排気し、密閉容器１０内の気体の圧力を７０ｋＰａ以下にする。例えば、密閉容器１０外に設置した排気ポンプ（図示せず）によって、密閉容器１０の中の雰囲気ガスを排出することで、密閉容器１０内の気体の圧力を上記範囲にすることができる。第２工程（Ｓ１２０）においては、雰囲気ガスの排気を１回のみ行ってもよいし、密閉容器１０内に残存する水蒸気以外の気体成分の量をより少なくするため、雰囲気ガスの排気と、ガス導入配管５１からの低水蒸気ガスの導入を繰り返し行ってもよい。

第２工程（Ｓ１２０）で密閉容器１０内の雰囲気ガスを排気して密閉容器１０内の気体圧力を低くすることによって、後述する第３工程（Ｓ１３０）で導入される水蒸気を、めっき鋼板１の間の隙間にまで十分に行き渡らせることができる。これにより、黒色化すべきめっき層全体をより均一に水蒸気処理することができ、黒色化のムラを発生しにくくすることができる。このような観点から、第２工程（Ｓ１２０）では、密閉容器１０内の気体圧力を７０ｋＰａ以下にすることが好ましく、さらに５０ｋＰａ以下にすることがより好ましい。

（第３工程）
第３工程（Ｓ１３０）では、密閉容器１０内に水蒸気を導入してめっき鋼板１のめっき層を黒色化する。すなわち、第３工程（Ｓ１３０）では、めっき鋼板１に対して、水蒸気処理を行う。

第３工程（Ｓ１３０）では、水蒸気処理中の密閉容器１０内の雰囲気温度が１０５℃以上であることが好ましい。雰囲気温度を１０５℃以上とすることで、黒色化をより短時間に行うことができる。なお、この明細書では、密閉容器の内部の雰囲気ガスの温度を「雰囲気温度」と称する。雰囲気温度は、密閉容器の内部に設けられたガス温度計測部６２により計測することができる。

第３工程（Ｓ１３０）では、めっき鋼板１の黒色化のムラを防ぐため、密閉容器１０の内部に水蒸気を導入した後または導入中の水蒸気処理中に、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを撹拌部７０によって撹拌してもよい。

また、水蒸気処理の処理時間は、めっき層の組成（たとえば、めっき層中のＡｌおよびＭｇの含有量）もしくは厚み、ならびに必要とする明度などに応じて任意に設定することができるが、水蒸気処理は２４時間程度行うのが好ましい。

（第４工程）
第４工程（Ｓ１４０）では、密閉容器１０の内部の圧力をいったん大気圧に戻した後に、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを排気して、密閉容器１０の内部の気体圧力を７０ｋＰａ以下にする。例えば、密閉容器１０の内部の圧力をいったん大気圧に戻すためには、密閉容器に設けた大気圧開放弁（図示せず。）を開くことで行うことができる。また、密閉容器１０内の気体圧力を７０ｋＰａ以下とするためには、密閉容器１０外に設置した上記排気ポンプを使用し、密閉容器１０内の雰囲気ガスを、排気配管３１を通じて排出することで密閉容器１０内の圧力を低くすることができる。

（第５工程）
第５工程（Ｓ１５０）では、密閉容器１０の内部に露点が常にめっき鋼板温度未満であるガス（低水蒸気ガス）をガス導入管５１から導入してこの低水蒸気ガスをめっき鋼板１に接触させ、導入した低水蒸気ガスを密閉容器１０から排出することにより、めっき鋼板１を冷却する。なお、第５工程（Ｓ１５０）で導入されるガスは、加熱されていないことが好ましいが、必要に応じて、密閉容器１０内の雰囲気温度よりも低温に加熱されていてもよい。

第５工程（Ｓ１５０）で導入される低水蒸気ガスは、例えば、大気、窒素ガス、または不活性ガスとすることができ、作業性を考慮すると、大気を導入することが好ましい。

以下、本実施形態に係る水蒸気処理装置の一例として、めっき鋼板に水蒸気処理を施すことにより、黒色めっき鋼板を製造する装置を説明する。
［黒色めっき鋼板を製造する装置］
（装置の構成）
本願発明に係る水蒸気処理装置は、その一例を示す模式断面図である図２に示されているように、めっき鋼板１を取り出し可能に配置できる配置部１２を有する密閉容器１０と、密閉容器１０の内部を加熱する電気ヒータ２４、天井部温度調整機構２１、縦壁部温度調整機構２０と、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを排気する排気調整機構３０と、密閉容器１０の内部に水蒸気を導入する導入水蒸気調整機構４０とを有する。本発明の装置は、さらに、密閉容器１０の内部に大気を含むガスを導入するガス導入部５０や、密閉容器１０の内部の圧力を大気圧に戻すための大気圧開放弁（図示せず。）を有していてもよい。本発明の装置は、さらに、めっき鋼板１の表面の温度を測定する温度計測部６０や密閉容器１０内の圧力を測定する圧力計測部６１、雰囲気ガスの温度を計測するガス温度計測部６２を有していてもよい。さらに、密閉容器１０の内部の雰囲気ガスを撹拌する循環ファン７１などの撹拌部７０を有していてもよい。また、本発明の装置は、図５に示されているように、電気ヒータ２４、温度調整機構２１、２０、排気調整機構３０、導入水蒸気調整機構４０、ガス導入部５０、撹拌部７０の他、各弁装置の開閉動作を制御して、黒色めっき鋼板１を製造させる制御部９０を有していてもよい。また、ドレン配管３５およびドレン弁３６を有しているとき、制御部９０はドレン弁３６の動作を制御して、装置内部から外部へ水を排出させてもよい。

以下に、図２を参照して、本発明の装置の例示的な態様について詳しく説明する。

密閉容器１０の外壁には、流体を流すことによって密閉容器１０内を加熱したり冷却したりすることができる天井部温度調整機構２１と、縦壁部温度調整機構２０とが別々に設けられている。これは、密閉容器内を冷却する際、天井部温度調整機構２１によって天井部１３を冷却すると、天井部１３に結露が発生し、その結露水が、めっき鋼板１上に落ちてめっき鋼板の外観を損ねる可能性があることから、密閉容器内を冷却する際は、天井部温度調整機構２１による密閉容器１０内の冷却は行わず、縦壁部温度調整機構２０によって、密閉容器１０内の冷却を行うようにするためである。また、密閉容器１０は、底部容器８と上部容器９とが密閉されることにより構成されており、雰囲気ガスの排気による内部の気体の圧力の低下、水蒸気導入による内部圧力の上昇、加熱、冷却などに耐えうる強度を有している。

底部容器８に設けられた配置部１２には、めっき鋼板１が配置される。めっき鋼板１は、スペーサー２によって積層されてもよい。また、図２に示されているように、配置部１２は、めっき鋼板１の上部から、めっき鋼板１の下部に流れてきた雰囲気ガスを、循環ファン７１の近辺に吹き出すための貫通孔１２Ａを上部を有しており、このような構成によって、密閉容器１０の内部の気体がめっき鋼板１の金属帯間の隙間を通って循環するため、より均一に雰囲気ガスをめっき鋼板１に接触させることができる。

底部容器８には、水蒸気供給源から水蒸気を導入する水蒸気供給配管４１と、密閉容器１０内の雰囲気ガスや水蒸気などを排出するための排気配管３１、ガス導入配管５１、ドレン配管３５が接続されており、これらの配管に設けられた開閉弁を閉じることで、密閉容器１０の内部を密閉状態にできる。

電気ヒータ２４は、図３に示される例では、複数のシースヒータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃを備えている。図３に、電気ヒータ２４の配置状態を上方から見た図を示す。また、図４に、図３に示したシースヒータ２４の下部容器８における設置状態を側方から見て模式的に示す。図４に示されるように、電気ヒータ２４は、密閉容器１０内で底部容器８を下側から上側に貫通するように配置されている。また、図３に示されるように、電気ヒータ２４は、底部容器８の周囲に沿って環状に並ぶように配置された複数（図示例では１２個）のシースヒータ２４ｂと、底部容器８の周囲に沿って環状に並び、かつ、シースヒータ２４ｂと交互に配置される複数（図示例では１２個）のシースヒータ２４ｃと、シースヒータ２４ｂおよびシースヒータ２４ｃよりも内側に配置された複数（図示例では１２個）のシースヒータ２４ａとを備えている。なお、図２においては、簡略化のため、加熱装置２４のうちの一つのシースヒータのみを示している。

シースヒータ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、図５に示される制御部９０に電気的に接続されており、制御部９０から出力される制御信号に基づいて、発熱タイミングおよび発熱量が制御される。シースヒータ２４ａ，２４ｂ，２４ｃとしては、それぞれ定格出力が５〜１０ｋＷ程度のものを用いれば、めっき鋼板１を所定の黒色処理温度まで加熱することができる。制御部９０は、１２個のシースヒータ２４ａと、１２個のシースヒータ２４ｂと、１２個のシースヒータ２４ｃとを、互いに独立して制御することができるように構成されている。このため、密閉容器内１０に配置されためっき鋼板１の大きさ、質量、および形状に応じて稼動するシースヒータ２４を選択制御することが可能となり、これにより、密閉容器１０内の雰囲気ガスを均一に加熱して、その雰囲気ガスによりめっき鋼板１を均一に加熱し、その結果、めっき鋼板１を短時間のうちに効率よく、しかも均一に加熱することができる。めっき鋼板１を均一に加熱することにより、後の第３工程（Ｓ１３０）においてめっき鋼板１の黒色化の程度にムラが生じるのを防止して、黒色めっき鋼板の美観を向上させることができる。

また、シースヒータ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、電熱線をシースで被覆した構造を有しているので、密閉容器１０中で水蒸気と接触しても劣化することがなく、耐久性に優れている。

排気調整機構３０は、排気配管３１、排気弁３２および排気ポンプ（図示しない。）を有している。排気配管３１は、密閉容器１０の内部と密閉容器１０の外部とを連通するように底部容器８を貫通して設けられた配管である。例えば、密閉容器１０の内部の雰囲気ガス（低水蒸気ガスなど）または水蒸気処理後の密閉容器内の雰囲気ガス（水蒸気ガスや発生した水素ガスなど）は、排気配管３１を通って排気ポンプ（図示しない。）によって外部に排気される。なお、本願発明の実施例では、図２に示されているとおり、水蒸気処理中の密閉容器内の水蒸気量を調整するために、排気配管３１は、下流側で３つの配管３３２、３３４、３３６に分岐（分岐点Ａで分岐）している。３つの配管３３２、３３４、３３６は、それぞれ、２０Ａ、２５Ａ、８０Ａの管径を有しており、それぞれに排気弁３３２、３３４、３３６が設けられている。つまり、必要な密閉容器内の水蒸気量にもとづき、後述する制御部９０によって排気弁３２（排気弁３３２、３３４、３３６の総称）の開閉制御を行い、細かく正確な排気量調整が可能に構成されている。もちろん、本実施例に限定されるものではなく、排気管の管径や数は必要に応じて設定可能である。また、上述の第２工程および第４工程において、排気調整機構３０は、雰囲気ガスを排気することによって密閉容器１０内の気体の圧力を７０ｋＰａ以下にできるように構成されている。

ドレン配管３５は、密閉容器１０の内部と密閉容器１０の外部とを連通するように底部容器８を貫通して設けられた配管である。密閉容器１０の内部の液体（結露水など）は、ドレン配管３５を通って外部に排出される。

導入水蒸気調整機構４０は、上流側で３つの配管４３２、４３４、４３６に分岐（分岐点Ｂで分岐）する水蒸気供給配管４１を備えている。３つの配管３３２、３３４、３３６には、それぞれ、水蒸気供給弁４２２、４２４、４２６が設けられている。導入水蒸気調整機構４０は、密閉容器１０内に供給する水蒸気量を、水蒸気供給弁４２（水蒸気供給弁４２２、４２４、４２６の総称）で調整するものである。また、水蒸気の供給をしないときは、水蒸気供給弁４２は閉じられて、水蒸気供給配管４１を通じた密閉容器１０内への水蒸気の供給は遮断される。なお、本願発明の実施例では、水蒸気処理中の密閉容器１０内への水蒸気量を調整するために、水蒸気供給配管４１は、２０Ａ、２５Ａ、８０Ａの管径の異なる３つの配管４３２、４３４、４３６を備えている。つまり、必要な密閉容器内の水蒸気量にもとづき、水蒸気供給弁４２の開閉制御を行い、細かく正確な導入水蒸気量の調整が可能に構成されている。もちろん、本実施例に限定されるものではなく、水蒸気供給配管４１の管径や数は必要に応じて設定可能である。

ガス導入部５０は、ガス導入配管５１およびガス導入弁５２を有している。ガス導入配管５１は、密閉容器１０の内部と、密閉容器１０の外部または不図示のガス供給源とを連通するように、底部容器８を貫通して設けられた配管である。

温度計測部６０は、めっき鋼板１の表面のうちそれぞれ異なる領域に当接して設置された複数の温度センサーであり、例えば、熱電対を用いてめっき鋼板１の表面温度を測定する。なお、めっき鋼板１をコイル状にした場合、コイルの板間に熱電対を挿入してもよい。

撹拌部７０は、底部容器８に配置された循環ファン７１と、循環ファン７１を回転駆動する駆動モーター７２とを有している。駆動モーター７２が循環ファン７１を回転させると、水蒸気処理中の密閉容器１０の内部の雰囲気ガスは、図２において矢印にて示すように、配置部１２の側部から密閉容器１０の内壁面との間の空隙に流入し、めっき鋼板１の外周面を通過して、めっき鋼板１の上部から金属帯間の隙間に流入する。そして、めっき鋼板１の下部から配置部１２の内部に流出して、再び配置部１２の側部から密閉容器１０の内壁面との間の空隙に流入して密閉容器１０の内部を循環する。このようにして、水蒸気処理中の密閉容器１０の内部の雰囲気ガスは撹拌される。もちろん、撹拌部７０は水蒸気処理中だけ使用されるものではなく、めっき鋼板の加熱工程や冷却工程において使用してもよい。

（効果）
上記本願発明の方法および装置によれば、めっき鋼板を加熱するに際し、雰囲気ガスをシースヒータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって加熱するので、雰囲気ガスとの接触によってめっき鋼板１が黒色化処理に適した温度となるように、雰囲気ガスを適切に加熱することができ、ガスバーナを用いる場合と比べてめっき鋼板１を良好に黒色化することができる。また、密閉容器１０内で複数の領域に分けて配置された複数のシースヒータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃを使用し、さらに複数のシースヒータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃの稼動範囲を適切に制御することによって、密閉容器１０内のめっき鋼板１を正確かつ迅速に黒色処理温度まで加熱することができる。さらに、循環ファン７１などの撹拌装置７０による密閉容器１０内の雰囲気ガスの撹拌および対流、および／または、温度調整機構２０、２１による密閉容器１０内の雰囲気ガスの温度調整を、シースヒータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃの加熱制御と並行して行うことにより、これらの動作による効果が相乗的に奏されて、めっき鋼板１の均一かつ迅速に行うことがでる。その結果、黒色めっき鋼板の美観（ムラのない黒色外観）をより一層高めつつ、その製造時間の更なる短縮化を図ることができる。

本願発明の方法および装置は、鋼板を均一に且つ早期に水蒸気処理温度まで加熱することができるので、美観性の優れた鋼板のより一層の普及に貢献することが期待される。

１ めっき鋼板
１０ 密閉容器
２４ 電気ヒータ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ シースヒータ

Claims (7)

1. 被処理物を密閉容器内で水蒸気と接触させる水蒸気処理方法であって、
   前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第１電気ヒータが配置された第１電気ヒータ群と、
   前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第２電気ヒータが前記第１電気ヒータと交互に配置された第２電気ヒータ群と、を少なくとも有し、
   前記第１電気ヒータ群と前記第２電気ヒータ群とを互いに独立して制御できるように構成された加熱装置を備え、
   前記被処理物が内部に配置された前記密閉容器内の雰囲気ガスを前記加熱装置により加熱し、加熱された雰囲気ガスを前記被処理物に接触させることにより、当該被処理物を加熱する被処理物加熱工程と、
   前記被処理物加熱工程の後に、前記密閉容器内に水蒸気を導入し、当該水蒸気と、前記被処理物とを接触させる水蒸気処理工程と、を備える
   ことを特徴とする、水蒸気処理方法。
2. 前記加熱装置は、前記第１電気ヒータ群および前記第２電気ヒータ群よりも内側に複数の第３電気ヒータが配置された第３電気ヒータ群をさらに有することを特徴とする、
   請求項１に記載の、水蒸気処理方法。
3. 前記被処理物加熱工程において、前記雰囲気ガスを前記密閉容器内で攪拌しつつ対流させることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の、水蒸気処理方法。
4. 前記被処理物加熱工程において、前記加熱装置に加えて、さらに前記密閉容器の壁面に設けられた加熱手段により前記密閉容器の雰囲気ガスを加熱することを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の、水蒸気処理方法。
5. 前記被処理物加熱工程における前記密閉容器内の雰囲気ガスは、大気よりも露点が低いガスであることを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の、水蒸気処理方法。
6. 前記被処理物加熱工程における前記密閉容器内の雰囲気ガスは、大気よりも酸素濃度が低いガス、または、窒素ガスであることを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の、水蒸気処理方法。
7. 被処理物を密閉容器内で水蒸気と接触させる水蒸気処理装置であって、
   前記被処理物を内部に配置可能な密閉容器と、
   前記密閉容器内の雰囲気ガスを加熱することにより、当該雰囲気ガスを介して前記被処理物を加熱する加熱装置と、
   前記密閉容器内に水蒸気を導入する水蒸気導入手段と、を備え、
   前記加熱装置は、
   前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第１電気ヒータが配置された第１電気ヒータ群と、
   前記密閉容器の底部の周囲に沿って複数の第２電気ヒータが前記第１電気ヒータと交互に配置された第２電気ヒータ群と、を少なくとも有し、
   前記第１電気ヒータ群と前記第２電気ヒータ群とを互いに独立して制御できるように構成されてなる
   ことを特徴とする、水蒸気処理装置。

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